CC BY
47
9
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 5 (121)
2. Price М. Solar Cell Coverglasses for Satellites in the Intermediate Earth Orbit / M. Price, C. Kitchin, H. Eaves, R. Crabb, P. Buia - 5th European Space Power Conference Proceedings, Tarragona, Spain: 21-25 September 1998.
3. Летин, В.А. Защитные покрытия солнечных батарей космических аппаратов с большим ресурсом / В.А. Летин, Л.С. Гаценко, Т.А. Агеева, В.Ф. Суркова.// Автономная энергетика: технический прогресс и экономика, 2008-2009. № 24-25. С. 3-13.
4. Бутаев, A.M. Прочность стекла, ионообменное упрочнение / A.M. Бута-ев./ ДГУ; Махачкала: Изд-во ДГУ, 1997. 133 с.
5. Эрнсбергер, Ф.М. Прочность и упрочнение стекла. / Ф.М. Эрнсбергер. М.: Мир, 1969. 340 с.
6. Вятлев, П.А. Высокопрецизионные лазерные технологии изготовления элементов ракетно-космической техники / П.А. Вятлев, В.К. Сысоев. Актуальные проблемы космической техники: Тезисы XXXI конференции. М., 2008. С. 33.
7. Вятлев, П.А. Методика обеспечения оптимального режима управляемого лазерного термораскалывания стекол / П.А. Вятлев. Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Труды пятой международной конференции. С.-Пб., 2008. Т.12. С. 167-168.
УДК 666.265.1
Е.Х. Мамаджанова1, Н.В. Голубев1, Г.Е. Малашкевич2, В.Н. Сигаев1
Международная лаборатория функциональных материалов на основе стекла Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Москва, Россия 2Институт физики им Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси, Минск, Республика Беларусь
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИЕ ХАНТИТОПОДОБНЫЕ СТЕКЛА, АКТИВИРОВАННЫЕ ИОНАМИ САМАРИЯ
In the present work the possibility of huntite-like glass synthesis in У2Оз-А12Оз-В2Оз systems with partial substitution of Y for Sm has been studied, and transparent glasses of compositions 12.5(SmxY1.x)203-37.5Al203-50B203 (x= 0,3-5) were obtained. It was found that the quantum yield of Sm3+ ions in glasses and crystals differ only slightly, indicating a low concentration quenching of luminescence in the resulting glasses.
Исследована возможность получения стекол в У2Оз-А12Оз-В2Оз системе состава хантитоподобного кристалла YAl;,(BO;,) i с частичным замещением Y -> Sm. Получены прозрачные стекла расчетных составов 12.5(SmxYi_x)203-37.5Al203-50B203 (х= 0,3-5). Показано, что квантовый выход ионов Sm3+ в стеклах и кристаллах различается незначительно, что свидетельствует о низком концентрационном тушении люминесценции в полученных стек-
X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 5 (121)
Актуальная проблема разработки и совершенствования компактных источников лазерного излучения с низким энергопотреблением тесно связана с задачей миниатюризации твердотельных лазеров. Последнее предполагает использование активных сред с повышенным содержанием активатора [1]. Однако увеличение концентрации люминесцирующих ионов приводит к уменьшению расстояний между ними, к усилению процессов взаимодействия активных центров друг с другом, и как следствие, к возрастанию концентрационного тушения люминесценции и снижению к.п.д. активного элемента [2]. Изучению этих процессов посвящено огромное число исследований, особенно в случае активаторов N(1, Ег, Ей. Наименее исследованы процессы люминесценции в стеклах, активированных самарием [3,4]: вследствие высокого кросс-релаксационного тушения ионы 8ш3+ выглядят мало перспективными для создания активных элементов лазеров видимого и ИК-диапазонов спектра.
Кристаллы редкоземельных алюмоборатов со структурой хантита ЬпА1з(ВОз)4 демонстрируют низкое кросс-релаксационное тушение люминесценции, обусловленное большим расстоянием между соседними редкоземельными ионами, которое в случае, например, Ыс1АЬ(ВОз)4 составляет 5.92 А [5].
30 40 50 ® 1)3)304) ЗЭ(грвд) 2Э(|рД)
Рис. 1. Рентгенограмма (1) и штрих-диаграмма ,1СРВ8 18-0058 (2) поликристаллического 8тА13(ВОэ)4, полученного твердофазным синтезом (а) и типичная рентгенограмма хантитоподобного стекла (Ь).
В данной работе проведено сравнительное исследование спектрально-люминесцентных свойств и кинетики люминесценции активированных самарием хантитоподобных кристаллов и стекол того же состава: поликристаллов хантита (8шхУ1.х)А1з(ВОз)4 при содержании БшгОз от 0,1 до 5 мол. % и стекол составов 12.5(8тх¥1.х)20з-37.5А12Оз-50В20з (мол. %).
В качестве исходных компонентов для варки стекол и твердофазного синтеза использовали 8ш20з (осч), У20з (осч), А1(ОН)3 (чда), Н3ВО3 (хч). Варку стекол проводили в электрических лабораторных печах сопротивле-
9
С й 6 X 11 в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. №5(121)
ния в платиновых тиглях при температуре 1550°С. Твердофазный синтез хантитоподобных поликристаллов проводили в корундовых тиглях при температуре 1160°С.
600 700 800 1000 1200
Л, (тг)
Рис. 2. Спектр люминесценции хантитоподобного (8т, Уи, )АЬ,(ВСЬ) | поликристалла (1) и стекла (2), содержащих 1 мол.% 8т203 (Хвоз5=404 им).
С[ Ф
О О X
т
О
X
ф
0.01
2000
4000
6000
8000
t (мкс)
Рис. 3. Кинетика затухания люминесценции стекла и поликристаллов состава 12,5(8т, ¥)2Оз-37,5А12Оз-50В2Оз с концентрацией 8ш203 0,3 (7), 0,5 (2), 1,0 (3), 1,0 (4), 2,0 (5),5,0
(6) 4,0 (7). Хв = 532 им, = 646 нм.
X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N0 5 (121)
Рентгенофазовый анализ (РФА) образцов проводили на дифрактомет-ре ДРОН ЗМ. Спектры поглощения записывали с помощью спектрофотометра Сагу 500. Спектры люминесценции и возбуждения исследовали с использованием спектрофлуориметра СДЛ-2.
Согласно данным РФА, порошки, полученные твердофазным синтезом, содержали только хантитоподобные кристаллы УА1з(ВОз)4, 8шА1з(ВОз)4 (см., например, карточку 1СРБ8 № 18-0058) или их твердые растворы (рис. 1а).
Вследствие малой разницы в параметрах решетки при выбранных условиях рентгенографического эксперимента различить твердый раствор и индивидуальные фазы было затруднительно. Аморфная структура полученных стекол подтверждена рентгенографически: дифрактограмма стекла, содержащего 4 мол.% БшгОз (рис. 1Ь) характерна для всех исследованных в работе стекол.
Концентрация Зп^Од (мол. %)
Рис. 4. Зависимость квантового выхода люминесценции ионов 8т3+ от концентрации соответствующего оксида для хантитоподобных поликристаллов (7) и стекол
12,5(8тх¥1х)2Оз-37,5А12Оз-50В2Оз (2).
Спектр люминесценции хантитоподобных поликристаллов и стекла состава 18ш20з-11,5¥203-37,5А12Оз-50В20з (мол. %), состоит из серии относительно узких полос, обусловленных переходами из состояния 4(/5 2 ионов 8ш3+ (рис. 2).
На спектрах люминесценции стеклообразных и кристаллических образцов видно, что соотношение между интенсивностями пиков сохраняется, но происходит характерное для стекол уширение полос люминесценции.
На рис. 3 представлена кинетика затухания люминесценции исследованных хантитоподобных стекол и поликристаллов с различной концентрацией БшгОз для = 532 нм, Хр = 646 нм. Видно, что при концентрации ред-
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 5 (121)
коземельного оксида, равной 0,3 мол. % (кривая 7), кинетика затухания характеризуется незначительной неэкспоненциальностью. С увеличением концентрации до 4,0 (кривая 5) неэкспоненциальность процесса затухания люминесценции быстро нарастает, а её средняя длительность многократно уменьшается.
При концентрации Srr^Cb 1 мол. % кинетика затухания стекла и поликристалла практически идентичны. Однако, для поликристаллов, содержащих 5 мол. % S1TI2O3, неэкспоненциальность затухания значительно меньше, чем для стекла с 4 мол. %.
На рис. 4 представлена концентрационная зависимость квантового выхода ионов Sm3+ для хантитоподобных стекол (кривая 2) и поликристаллов (кривая 7).
«-• 3+
Видно, что квантовый выход ионов Sm в стеклах и кристаллах практически одинаков, что свидетельствует о том, что сегрегация ионов самария в стекле незначительна и что среднее расстояние Sm-Sm в стекле и кристалле примерно одинаково, что и обусловливает низкий уровень кросс-релаксационного тушения люминесценции. Это, с другой стороны, дает основание для предположения о хантитоподобном ближнем порядке в изученных стеклах.
Низкое концентрационное тушение люминесценции указывает на перспективность разработки активных элементов лазеров на длине волны 646 нм на основе самарий-содержащих алюмоборатных стекол.
Известно, что процессы самотушения люминесценции ионов ТЬ3+ гораздо менее эффективны, чем Sm3+. В связи с этим представляет интерес синтез Tb-содержащих стекол состава хантита с целью создания эффективных визуализаторов УФ излучения.
Библиографические ссылки
1. Манак И.С. Физические основы уменьшения габаритных размеров лазерных источников излучения / И.С. Манак, В.В. Жуковский, М.С. Леоненя - Электроника Инфо №7,- 2009,- 76-77 СС.
2. Осико В.В. Лазерные материалы: Избранные труды / В.В. Осико,- М.: Наука,- 2002,- 470 СС.
3. Farries М.С. Spectroscopic and lasing characteristics of samarium doped glass fibre / M.C. Farries, P.R. Morkel, J.F. Townsed.// Optoelectronics, IEE Proceedings J. Volume 137. Issue 5, 1990. P.318-322
4. Huang L. Spectroscopic properties of Sm3+-doped oxide and fluoride glasses for efficient visible lasers (560-660 nm) / L. Huang, A. Jha, S. Shen. //Optics Communications. Volume 281. Issue 17, 2008. P. 4370-4373.
5. Белоконева, Е.Л. Кристаллическая структура YA13[B03]4 / Е.Л. Белоко-нева, А.В. Азизов, Н.И. Леонюк.// Журнал структурной химии, 1981. Т.22. №3. С.196-199.
